Простатит

Буферные растворы (буферные смеси, буферы)

Фосфатный забуференный физиологический раствор рН 6,8

8,15 г натрия ацетата и 42,0 г натрия хлорида растворяют в воде, прибавляют 68,0 мл 0,1 М раствора хлористоводородной кислоты, 150 мл ацетона и доводят объём раствора водой до 500,0 мл.

132,1 г аммония сульфата растворяют в воде, доводят объём раствора водой до 500,0 мл (раствор I).

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

Осторожно при постоянном охлаждении и перемешивании прибавляют 14 мл серной кислоты концентрированной к 400,0 мл воды; охлаждают и доводят объём  раствора водой до 500,0 мл (раствор II).

Смешивают равные объёмы растворов I и II; если необходимо, доводят рН до 2,0 потенциометрически раствором I или II.

0,25 г меди (II) сульфата и 4,5 г аммония ацетата растворяют в уксусной кислоте разведённой 12 % и доводят объём раствора тем же растворителем до 100,0 мл.

1,0 г калия дигидрофосфата, 2,0 г дикалия гидрофосфата и 8,5 г натрия хлорида растворяют в 900 мл воды. Если необходимо, доводят рН до 6,8 потенциометрически 0,1 М раствором хлористоводородной кислоты или 0,1 М раствором натрия гидроксида и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

8,0 г натрия хлорида, 0,2 г калия хлорида, 0,1 г кальция хлорида безводного, 0,1 г магния хлорида, 3,18 г динатрия гидрофосфата и 0,2 г калия дигидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

Фосфатно-альбуминовый забуференный физиологический раствор рН 7,2

10,75 г динатрия гидрофосфата, 7,6 г натрия хлорида и 10,0 г альбумина бычьего растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл. Непосредственно перед использованием доводят рН до 7,2 потенциометрически с помощью раствора натрия гидроксида разведённого 8,5 % или фосфорной кислоты разведённой 10 %.

Фосфатно–альбуминовый забуференный физиологический раствор рН 7,2 (1)

10,75 г динатрия гидрофосфата, 7,6 г натрия хлорида, 1,0 г альбумина бычьего растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл. Непосредственно перед использованием доводят рН до 7,2 потенциометрически с помощью раствора натрия гидроксида разведённого 8,5 % или фосфорной кислоты разведённой 10 %.

Имидазольный буферный раствор рН 7,3

3,4 г имидазола и 5,8 г натрия хлорида растворяют в воде, приливают 18,6 мл 1 М раствора хлористоводородной кислоты и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл; если необходимо, доводят рН до 7,3 потенциометрически 1 М раствором хлористоводородной кислоты.

Буферный раствор рН 7,4

0,6 г калия дигидрофосфата, 6,4 г динатрия гидрофосфата и 5,85 г натрия хлорида растворяют в воде, если необходимо, доводят рН до 7,4 потенциометрически 0,1 М раствором хлористоводородной кислоты или 0,1 М раствором натрия гидроксида и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

Барбитал-буферный раствор рН 7,4

50,0 мл раствора, содержащего 19,44 г/л натрия ацетата и 29,46 г/л барбитал-натрия, смешивают с 50,5 мл 0,1 М раствора хлористоводородной кислоты, прибавляют  20,0 мл 85 г/л раствора натрия хлорида и доводят объём раствора водой до 250,0 мл.

Фосфатный буферный раствор рН 7,4

393,4 мл 0,1 М раствора натрия гидроксида смешивают с 250,0 мл 0,2 М раствора калия дигидрофосфата.

Буферный раствор

2,38 г динатрия гидрофосфата, 0,19 г калия дигидрофосфата и 8,0 г натрия хлорида растворяют в воде, если необходимо, доводят рН до 7,4 потенциометрически 0,1 М раствором хлористоводородной кислоты или 0,1 М раствором натрия гидроксида и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

Кислотно-основные буферные растворы

В широком смысле буферными называют системы, поддерживающие определенное значение какого-либо параметра при изменении состава. Буферные растворы могут быть

– кислотно-основными —   поддерживают постоянное значение рН  при добавлении небольших количеств кислоты или основания.

— окислительно-восстановительными – сохраняют постоянным потенциал системы при введении окислителей или восстановителей.

известны  металлобуферные растворы,  которые поддерживают постоянное значение рН.

НА ↔ Н А-

кислота           сопряженное

                       основание

В Н ↔ ВН

                                                 основание         сопряженная

                                                                                          кислота    

Так как в данном разделе   рассматриваются только кислотно-основные буферные растворы, будем называть их буферными,  опуская в названии «кислотно-основные».

Буферными растворами называют   растворы,  поддерживающие постоянное значение рН при разбавлении и добавлении небольших количеств кислоты или основания.

Фосфатный буферный раствор рН 6,4 (1)

8,95 г динатрия гидрофосфата и 3,40 г калия дигидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл. Доводят рН до 2,0 потенциометрически с помощью фосфорной кислоты концентрированной.

12,0 г натрия дигидрофосфата безводного растворяют в воде. Доводят рН до 3,0 потенциометрически с помощью фосфорной кислоты разведённой 10 % и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

0,7 мл фосфорной кислоты концентрированной смешивают с 100 мл воды и доводят объём раствора водой до 900,0 мл. Доводят  рН до 3,0 с помощью раствора натрия гидроксида концентрированного и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

3,40 г калия дигидрофосфата растворяют в 900 мл воды. Доводят рН до 3,0 потенциометрически с помощью фосфорной кислоты концентрированной и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

900,0 мл 4 г/л раствора натрия дигидрофосфата смешивают с 100 мл 2,5 г/л раствора фосфорной кислоты концентрированной. Если необходимо, доводят рН до 3,2 потенциометрически раствором натрия дигидрофосфата или фосфорной кислоты концентрированной.

Доводят рН до 3,2 потенциометрически для 35,8 г/л раствора динатрия гидрофосфата c помощью фосфорной кислоты разведённой 10 %.

100,0 мл полученного раствор доводят водой до объема 2000,0 мл.

68,0 г калия дигидрофосфата растворяют в воде, доводят рН до 3,5 потенциометрически с помощью фосфорной кислоты концентрированной. Доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

6,80 г калия дигидрофосфата растворяют в 1000,0 мл воды.

2,72 г калия дигидрофосфата растворяют в 800,0 мл воды. Доводят рН до 5,0 потенциометрически с помощью 1 М раствора калия гидроксида и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

Смешивают необходимые объёмы 23,99 г/л раствора динатрия гидрофосфата и 9,12 г/л раствора натрия дигидрофосфата моногидрата, чтобы получить рН 5,4. Доводят рН до 5,4 потенциометрически.

Раствор I. 13,61 г калия дигидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

Раствор II. 35,81 г динатрия гидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

Смешивают 96,4 мл раствора I и 3,6 мл раствора II.

1,19 г динатрия гидрофосфата дигидрата и 8,25 г калия дигидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

63,2 мл 71,5 г/л раствора динатрия гидрофосфата смешивают с 36,8 мл 21 г/л раствора лимонной кислоты.

6,8 г натрия дигидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл. Доводят рН до 6,0 потенциометрически с помощью раствора натрия гидроксида концентрированного.

250,0 мл 0,2 М раствора калия дигидрофосфата смешивают с 28,5 мл 0,2 М раствора натрия гидроксида и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

2,5 г динатрия гидрофосфата, 2,5 г натрия дигидрофосфата и 8,2 г натрия хлорида растворяют в 950,0 мл воды. Если необходимо, доводят рН до 6,4 потенциометрически с помощью 1 М раствора натрия гидроксида или 1 М раствора хлористоводородной кислоты и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

1,79 г динатрия гидрофосфата, 1,36 г калия дигидрофосфата и 7,02 г натрия хлорида растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

2,75 г натрия дигидрофосфата и 4,5 г натрия хлорида растворяют в 500 мл воды. Доводят рН до 6,5 потенциометрически с помощью фосфатного буферного раствора рН 8,5.

13,80 г натрия дигидрофосфата моногидрата растворяют в 900,0 мл воды. Доводят рН до 6,5 потенциометрически с помощью раствора натрия гидроксида концентрированного и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

250,0 мл 0,2 М раствора калия дигидрофосфата смешивают с 89,0 мл 0,2 М раствора натрия гидроксида и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

77,3 мл 71,5 г/л раствора динатрия гидрофосфата смешивают с 22,7 мл 21 г/л раствора лимонной кислоты.

51,0 мл 27,2 г/л раствора калия дигидрофосфата смешивают с 49,0 мл 71,6 г/л раствора динатрия гидрофосфата. Если необходимо, доводят рН до 6,8 потенциометрически исходным раствором калия дигидрофосфата или динатрия гидрофосфата.

Хранят при температуре от 2 до 8 ºС.

82,4 мл 71,5 г/л раствора динатрия гидрофосфата  смешивают с 17,6 мл 21 г/л раствора лимонной кислоты.

250,0 мл 0,2 М раствора калия дигидрофосфата смешивают со 148,2 мл 8 г/л раствора натрия гидроксида. Если необходимо, доводят рН до 7,0 потенциометрически исходным раствором калия дигидрофосфата или натрия гидроксида и доводят объём раствора водой до 1000,0мл.

Буферные растворы (буферные смеси, буферы)

50,0 мл 136 г/л раствора калия дигидрофосфата смешивают с 29,5 мл 1 М раствора натрия гидроксида, доводят объём раствора водой до 100,0 мл. Доводят рН до 7,0 потенциометрически исходным раствором калия дигидрофосфата или натрия гидроксида.

5,0 г калия дигидрофосфата и 11,0 г дикалия гидрофосфата растворяют в 900,0 мл воды. Доводят рН до 7,0 потенциометрически с помощью фосфорной кислоты разведённой 10 % или раствора натрия гидроксида разведённого 8,5 % и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

28,4 г динатрия гидрофосфата безводного и 18,2 г калия дигидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 500,0 мл.

28,4 г динатрия гидрофосфата безводного растворяют в 800,0 мл воды. Доводят рН до 7,0 потенциометрически с помощью 30 % раствора фосфорной кислоты и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

1 объём 0,063 М фосфатного буфера рН 7,0 смешивают с 1,5 объёмами воды.

5,2 г дикалия гидрофосфата растворяют в 900,0 мл воды. Доводят рН до 7,0 с помощью фосфорной кислоты концентрированной и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

5,18 г динатрия гидрофосфата безводного и 3,65 г натрия дигидрофосфата моногидрата растворяют в 950,0 мл воды. Доводят рН до 7,0 потенциометрически с помощью фосфорной кислоты концентрированной и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

Раствор I. 0,908 г калия дигидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 100,0 мл.

Раствор II. 2,38 г динатрия гидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 100,0 мл.

38,9 мл раствора I смешивают с 61,1 мл раствора II; если необходимо, доводят рН до 7,0 потенциометрически раствором I или II.

1,361 г калия дигидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 100,0 мл. Доводят рН до 7,0 потенциометрически с помощью 35 г/л раствора динатрия гидрофосфата

87,0 мл 71,5 г/л раствора динатрия гидрофосфата смешивают с 13,0 мл 21 г/л раствора лимонной кислоты.

https://www.youtube.com/watch?v=upload

27,22 г калия дигидрофосфата растворяют в 930,0 мл воды. Доводят рН до 7,5 потенциометрически с помощью 300 г/л раствора калия гидроксида и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

Раствор I. 119,31 г динатрия гидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

Раствор II. 45,36 г калия дигидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

85,0 мл раствора I смешивают с 15,0 мл раствора II; если необходимо, доводят рН до 7,5 потенциометрически раствором I или раствором II.

50,0 мл 0,2 М раствора калия дигидрофосфата смешивают с 46,8 мл 0,2 М раствора натрия гидроксида и доводят объём раствора водой до 500,0 мл.

0,523 г калия дигидрофосфата и 16,73 г дикалия гидрофосфата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

136,1 г калия дигидрофосфата растворяют в воде. Доводят рН до 8,0 потенциометрически с помощью 1 М раствора натрия гидроксида и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

3,5 г дикалия гидрофосфата и 4,5 г натрия хлорида растворяют в 500,0 мл воды. Доводят рН до 8,5 потенциометрически с помощью смеси равных объёмов фосфорной кислоты разведённой 10 % и воды.

1,74 г калия дигидрофосфата растворяют в 80 мл воды. Доводят рН до 9,0 потенциометрически с помощью 1 М раствора калия гидроксида и доводят объём раствора водой до 100,0 мл.

Другие типы буферных систем

H 3 O A → H 2 O AH.

С другой стороны, при добавлении небольшого количества щелочи, поставляет ионы OH — в раствор, с ними взаимодействовать слабая кислота

OH AH → H 2 O A -.

Эти две оборотные реакции и обеспечивают буферные свойства раствора: добавление к раствору ионов H или OH — влечет изменение соотношения слабой кислоты и сопряженной основе и совсем незначительное смещение pH.

Достаточно распространенное заблуждение о том, что буферные растворы способны поддерживать pH на абсолютно постоянном уровне. На самом деле это не так, добавление даже небольшого количества кислоты или щелочи к такому раствора приводит к изменению водородного показателя, но очень незначительной. Например, если добавить к 1 л чистой воды 0,01 моль соляной кислоты, то ее pH изменится от 7,0 до 2,0, то есть на 5 единиц, с другой стороны, при добавлении такого же количества кислоты в 1 л буферного раствора, его pH может измениться всего на 0,1.

В химическом анализе применяют и другие буферные системы: окислительно-восстановительные буферные растворы для образования и сохранения окислительно-восстановительного потенциала, например, на основе смеси солей Fe (II) и Fe (III); кальциевый буферный раствор для образования и сохранения активности катионов кальция, например на основе смеси эквимолярной количества дигликоляту натрия и кальция или натриевой и кальциевой солей нитрилацетатнои кислоты. В ионометрии широко используются буферные растворы для образования общей ионной силы раствора (БРЗИС).

1. смеси растворов слабых кислот и их солей. Например, ацетатный буферный раствор.

2. смеси растворов слабых оснований и их солей. Например, аммонийный буферный раствор.

3. смеси растворов солей многоосновных кислот различной степени замещения. Например, фосфатный буферный раствор.

4. ионы и молекулы амфолитов. К ним относятся, например, аминокислоты и белковые буферные системы. Находясь в изоэлектрическом состоянии, аминокислоты и белки не являются буферными. Буферное действие проявляется только тогда, когда к ним добавляется некоторое количество кислоты или щелочи. При этом образуется смесь двух форм белка: а) слабая «белок кислота» соль этой слабой кислоты; б) слабое «белок основание» соль этого слабого основания. Таким образом, этот тип буферных систем можно отнести к буферным системам первого или второго типа.

Расчет рН буферных растворов

CH3COOH ↔ CH3COO- H

 (1).

Из (1) следует, что концентрация ионов водорода равна

В присутствии CH3COONa кислотно-основное равновесие уксусной кислоты сдвинуто влево. Поэтому  концентрация  недиссоциированной уксусной кислоты практически равна концентрации кислоты, т.е. [СН3COOH] = скисл. 

CH3COONa  → Na CH3COO-,

Для буферной системы, состоящей из слабого основания и его соли, например, аммиачной,  концентрацию ионов водорода в растворе можно рассчитать исходя из константы диссоциации слабого основания.

NH3×H2O = NH4OH  ↔ NH4 OH-

Выразим концентрацию ионов OH- из ионного произведения воды

и подставим в (4).

  (6)

Из (6) следует, что концентрация ионов водорода равна

В присутствии NH4Cl кислотно-основное равновесие  сдвинуто влево. Поэтому  концентрация  недиссоциированного  аммиака   практически равна концентрации аммиака, т.е. [NH4OH] = сосн. 

NH4Cl → NH4 Cl-,

H2PO4-   ↔  Н    HPO42-

                                                           слабая кислота                сопряженное основание

(11).

Прологарифмировав  это выражение и поменяв знаки на противоположные, получим  уравнение Гендерсона-Хассельбаха  для рассчета рН  фосфатной буферной системы

 (12),

Где рКb(H2PO4-) – отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации   

фосфорной кислоты по второй ступени; с (H2PO4-) и с (HPO42-) соответственно концентрации кислоты и соли.

Фосфатно-цитратный буферный раствор рН 5,5

4,8 г лимонной кислоты растворяют в 80,0 мл воды. Доводят рН до 3,0 потенциометрически с помощью 1 М раствора натрия гидроксида и доводят объём раствора водой до 100,0 мл.

20,1 г лимонной кислоты и 8,0 г натрия гидроксида растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл. Доводят рН до 5,0 потенциометрически с помощью хлористоводородной кислоты разведённой 7,3 %.

56,85 мл 28,4 г/л раствора динатрия гидрофосфата безводного смешивают с 43,15 мл 21,0 г/л раствора лимонной кислоты.

Свойства буферных растворов

Значение рН буферных растворов остается неизменным при разбавлении, что следует из уравнения Гендерсона-Хассельбаха.  При разбавлении буферного раствора водой  концентрации обоих компонентов смеси уменьшаются в одинаковое число раз. Следовательно,  величина рН при этом не должна изменяться. Однако опыт показывает, что некоторое изменение рН, хотя и незначительное, все же происходит.

HCOOH ↔ HCOO- H

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru

HCOO- H ↔ HCOOH

В соответствии с принципом Ле Шателье равновесие смещается влево.

HCOOH ОН- → HCOO- H2O

Кислотно-основное равновесие согласно Ле Шателье смещается вправо.

В обоих случаях происходят небольшие изменения в соотношении HCOOH/ HCOO-, но логарифм этого соотношения меняется мало. Следовательно,  незначительно меняется и рН раствора.

Растворы сильных кислот и оснований при достаточно высокой концентрации тоже обладают буферным действием. Сопряженными системами в этом случае являются Н3О /Н2О – для сильных кислот и ОН-/Н2О – для сильных оснований. Сильные кислоты и основания полностью диссоциированы в водных растворах и поэтому  характеризуются высокой концентрацией ионов гидроксония   или гидроксил — ионов. Добавление к их растворам небольших количеств сильной кислоты или сильного основания, поэтому оказывает лишь незначительное влияние  на рН раствора.

Механизм действия буферных систем

Н ОН → Н2О

Следовательно, если к буферному раствору, содержащему кислоту, прибавить щелочь, то ионы водорода, образующиеся при электролитической диссоциации кислоты НАn, связываются с ионами гидроксила прибавленной щелочи, образуя слабый электролит-воду. Вместо израсходованных ионов водорода, вследствие последующей диссоциации кислоты НАn, появляются новые ионы водорода. В результате прежняя концентрация       Н — ионов в буферном растворе восстановятся до первоначального значения.

                    Н Аn- → НАn

т.е. Аn- — ионы, образующиеся при электролитической диссоциации соли КtАn, соединяясь с ионами водорода прибавленной кислоты, образуют молекулы слабой кислоты. Поэтому концентрация ионов водорода от прибавленной сильной кислоты к буферной смеси практически не изменится. Подобным же образом можно объяснить действие других буферных смесей.

Практическое значение pH буферов

Меняя соотношения               и               можно получить буферные

растворы,   отличающиеся   плавным   изменением   рН   от   них   минимально возможных значений. В водном растворе слабой кислоты

[Н ] = √KHAn * CHAn

откуда

pH = − lg [Н ] = − − lg KHAn− − lg CHAn

Но так как  KHAn представляет собой постоянную  величину, то ее лучшее     представить     в     виде  pKHAn  т.е.     показателя     константы электролитической диссоциации: pKHan = − lg KHAn.

рН = − lg [Н ] = − − pKHAn − −  pCHAn

По мере прибавления к водному раствору слабой кислоты ее соли рН раствора будет меняться.

Согласно уравнению, в растворе, содержащем смесь слабой кислоты и ее соли                                        [Н ] = KHAn

рН = − lg [Н ] = − lg KHAn − lg CHAn  lg CKtАn.

[ОН ] = √KKtOH * CKtOH

pOH = − lg [ОН ] = − − lg KKtOH  − − lg CKtOH

Концентрацию ионов водорода также выражают следующей формулой [Н ] =                , поэтому

рН = pKw − (− pKKtOH  − − lg CKtOH)

Согласно уравнению, в растворе, содержащем смесь слабого основания и его соли                

                                         [Н ] =

рН = − lg [Н ] = − lg Kw lg KKtOH  − lgCKtАn lg CKtOH.

Нет никакой необходимости запоминать выведенные формулу значении рН, так как они очень легко выводятся путем логарифмирования простых формул, выражающих значение [Н ].

Буферные системы существуют внутри всех живых клеток, так как большинство из химических превращений, происходящих в них зависящие от pH. С этой же причине в лабораториях при исследовании свойств белков, особенно ферментов, нуклеиновых кислот и других биомолекул всегда используют pH буфера.

pH буфера широко используются во многих отраслях промышленности и в лабораторной практике. Например, один из первых этапов пивоварения — измельчение солода — должен происходить при pH от 5,0 до 5,2. С изготовлением пива связано и само открытие шкалы pH, поскольку ее изобретатель Сорен Соренсон работал исследователем на пивоварне.

pH крови человека в среднем составляет 7,4, изменение этого значения даже на одну десятую единицы приводит к тяжелым нарушениям (ацидоза или алкалоза). Когда водородный показатель выходит за пределы диапазона 6,8 ÷ 7,8, это обычно ведет к гибели. Важнейшее буферная система крови — угольная (HCO-3 / H 2 CO 3), вторая по значению — фосфатный (HPO2-4 / H 2 PO-4), также определенную роль в поддержании pH играют белки.

Значение pK a некоторых буферных агентов
Буферный агент pK a
Трис 8,3
TES 7,55
HEPES 7,55
MOPS 7,2
PIPES 6,8

В экспериментах с биохимии и молекулярной биологии первично использовались обычные буфера на основе слабых кислот и их сопряженных оснований, такие как цитратные, ацететни, фосфатные. Однако они имели ряд недостатков, таких как довольно значительное изменение pH при разведении или изменении температуры, проникновения их компонентов через клеточные мембраны и влияние на физиологические процессы.

Норман Гуд разработал серию буферов на основе соединений, молекулы которых могут находиться в состоянии цвиттерионив, таких как HEPES, PIPES, MES. Гуд отбирал буферные агенты на основе таких желательных признаков как: значение pK a в диапазоне 6 ÷ 8, соответствует физиологическим значением pH, высокая растворимость в воде, нерастворимость в полярных соединениях, непроницаемость через мембраны, малое влияние на ионную силу раствора, максимальная независимость диссоциации от температуры и концентрации, стабильность, легкость в приготовлении.

Также буферные агенты не должны поглощать видимый и ультрафиолетовый свет с длиной волны более 230 нм, чтобы не препятствовать стандартным методам спектрофотометрии. Ни одна из известных соединений не подходит идеально под все описанные признаки, однако имеющийся выбор буферных агентов позволяет выбрать нужный для каждой конкретной задачи.

Буферная емкость и область буферирования

Способность буферных растворов поддерживать постоянство значения рН небезгранична и зависит от качественного состава буферного раствора и концентрации его компонентов. При добавлении к буферному раствору значительных количеств сильной кислоты или щелочи наблюдается заметное изменение рН. причем для различных буферных смесей, отличающихся друг от друга по составу, отличающихся друг от друга по составу, буферное действие неодинаково.

Следовательно, буферные смеси можно различать по силе оказываемого ими сопротивления по отношению к действию кислот и щелочей, вводимых в буферный раствор в одинаковых количествах и определенной концентрации. Предельное количество кислоты или щелочи определенной концентрации (в моль/л или г-экв/л), которое можно добавить к буферному раствору, чтобы значение рН его изменилось только на одну единицу, называют буферной емкостью.

Если величина [Н ] одного буферного раствора изменяется при добавленной сильной кислоты меньше, чем величина [Н ] другого буферного раствора при добавлении того же количества кислоты, то первая смесь обладает большей буферной емкостью. Для одного и того же буферного раствора буферная емкость тем больше, чем выше концентрация его компонентов.

Способность любого буферного раствора поддерживать примерно постоянный уровень pH ограничен. При добавлении достаточного количества кислоты или основания в буфер, его pH конце начнет стремительно падать или расти соответственно. Количество ионов H 3 O или OH -, которую следует добавить к буферного раствора, чтобы изменить его водородный показатель на единицу называется буферной емкостью.

Буферная емкость зависит от концентрации компонентов раствора и их соотношение. Чем больше концентрация слабой кислоты и сопряженной основы, тем больше будет буферная емкость раствора. Стандартно используются молярные концентрации по крайней мере в 100 раз выше константу кислотной диссоциации (K a) слабой кислоты, и по крайней мере в 10 раз выше концентрацию ионов H 3 O или OH -, которую следует нейтрализовать.

Наиболее эффективны буфера, в которых соотношение компонентов раствора максимально близкое к 1, когда же оно больше 10: 1 или менее 1:10, такие буфера совершенно не пригодны к использованию. В случае когда [AH]: [A -] = 1: 1 pH буферного раствора равной pK a слабой кислоты, при этом буферная емкость раствора будет наиболее симметричной, то есть он может одинаково эффективно противостоять закислению и ощелачивание.

Для каждой пары слабая кислота / сопряженная основная существует так называемая область буферирования, то есть диапазон pH, в котором она может использоваться для создания эффективного буферного раствора. Область буферирования определяется как pK a слабой кислоты ± 1. Так что для буфера с pH 5 можно использовать пару уксусная кислота / ацетат (pK a = 4,76), а для буфера с pH 9 — аммиак / аммоний (pK a = 9,25).

Приготовление буферных растворов

   1. Разбавлением в мерной колбе соответствующих фиксаналов.

   2. Смешением рассчитанных по уравнению Гендерсона-Хассельбаха количеств подходящих сопряженных кислотно-основных пар.

   3. Частичной нейтрализацией слабой кислоты сильной щелочью или слабого основания сильной кислотой.

Так как буферные свойства проявляются очень слабо, если концентрация одного компонента в 10 раз и более отличается от концентрации другого, буферные растворы  часто готовят смешением растворов равной концентрации обоих компонентов или прибавлением к раствору одного компонента соответствующего количества реагента, приводящего к образованию равной концентрации сопряженной формы. В справочной литературе имеются подробные рецепты приготовления буферных растворов для различных значений рН.

Применение буферных растворов в химическом анализе

Буферные растворы широко применяют в химическом анализе в тех случаях, когда по условиям опыта химическая реакция должна протекать при соблюдении точного значения рН, не меняющегося при разбавлении раствора или при добавлении к нему других реагентов. Например, при проведении реакции окисления-восстановления, при осаждении сульфидов, гидроокисей, карбонатов, хроматов, фосфатов и др.

НС1 СН3СООNа → СН3СООН NaС1

или в ионной форме

Н СН3СОО → СН3СООН.

-Аммиачно -аммонийный буферный раствор (NН4ОН NН4С1; рН = 9) применяют при осаждении карбонатов бария, стронция, кальция и отделения их от ионов магния; при осаждении сульфидов никеля, кобальта, цинка, марганца, железа; а также при выделении гидроокисей алюминия, хрома, бериллия, титана, циркония, железа и т.п.

— Формиатный буферный раствор (НСООН НСООNа; рН = 2) применяют при отделении ионов цинка, осаждаемых в виде ZnS в присутствии ионов кобальта, никеля, марганца, железа, алюминия и хрома.

— Фосфатный буферный раствор (Nа2НРО4 NаН2РО; рН = 8) использует при проведении многих реакции окисления-восстановления.

Для успешного применения буферных смесей в целях анализа необходимо помнить о том, что не всякая буферная смесь пригодна для анализа. Буферную смесь выбирают в зависимости от ее назначения. Она должна удовлетворять определенному качественному составу, а ее компоненты должны присутствовать в растворе в определенных количествах, так как действие буферных смесей зависит от соотношения концентрации их компонентов.

Выше перечисленное можно представить в виде таблицы.

Буферные растворы, применяемые в анализе

Буферная смесь

Состав смеси

(при молярном соотношении 1:1)

рН

Формиатная

Муравьиная кислота и формиат натрия

     3,7

     Бензоатная

Бензойная кислота и бензоат аммония

     4,2

     Ацетатная

Уксусная кислота и ацетат натрия

     4,7

     Фосфатная

Одназамещенный и двухзамещенный фосфат натрия

     6,8

     Аммонийная

Гидроксид аммония и хлорид аммония

     9,3

Буферным действием обладают также смеси кислых солей с различной замещенностью водорода металлом. Например, в буферной смеси дигидрофосфата и гидрофосфата натрия первая соль играет роль слабой кислоты, а вторая роль ее соли.

Варьируя концентрацию слабой кислоты и ее соли, удается получить буферные растворы с заданными величинами рН.

В животных и растительных организмах также действуют сложные буферные системы, поддерживающие постоянными рН крови, лимфы и других жидкостей. Буферными свойствами обладает и почва, которой свойственно противодействовать внешним факторам, изменяющим рН почвенного раствора, например при введении в почву кислот или основании.

Трис – ацетатный буферный раствор рН 8,5

136,0 г натрия ацетата и 77,0 г аммония ацетата растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл; прибавляют 250,0 мл уксусной кислоты ледяной и перемешивают.

77,1 г аммония ацетата растворяют в воде, прибавляют 70,0 мл уксусной кислоты ледяной и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

63,0 г натрия ацетата безводного растворяют в воде, прибавляют 90,0 мл уксусной кислоты разведенной 30 %. Доводят рН до 4,5 потенциометрически уксусной кислотой разведённой 30% и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

5,4 г натрия ацетата растворяют в 50,0 мл воды, прибавляют 2,4 г уксусной кислоты ледяной и доводят объём раствора водой до 100,0 мл; если необходимо, доводят рН до 4,6 потенциометрически уксусной кислотой ледяной.

136,1 г натрия ацетата растворяют в 500,0 мл воды. 250,0 мл полученного раствора смешивают с 250,0 мл уксусной кислоты разведённой 12 %. Встряхивают дважды со свежеприготовленным отфильтрованным 0,1 г/л раствором дитизона в хлороформе. Встряхивают с углерода тетрахлоридом до обесцвечивания экстракта. Водный слой фильтруют для удаления следов углерода тетрахлорида.

К 120,0 мл 6,0 г/л раствора уксусной кислоты ледяной прибавляют 100,0 мл 0,1 М раствора калия гидроксида и 250,0 мл воды, перемешивают. Доводят рН до 5,0 потенциометрически с помощью  6 г/л раствора уксусной кислоты ледяной или 0,1 М раствора калия гидроксида и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

100,0 г аммония ацетата растворяют в 300,0 мл воды, приливают 4,1 мл уксусной кислоты ледяной. Если необходимо, доводят рН до 6,0 с помощью раствора аммиака или уксусной кислоты разведенной 30 % и доводят объём раствора водой до 500,0 мл.

6,3 г трис(гидроксиметил)аминометана и 4,9 г натрия ацетата безводного растворяют в 900,0 мл воды. Доводят рН до 8,0 потенциометрически с помощью серной кислоты концентрированной и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

https://www.youtube.com/watch?v=ytaboutru

 0,294 г кальция хлорида и 12,11 г трис(гидроксиметил)аминометана растворяют в воде. Доводят рН до 8,5 потенциометрически с помощью уксусной кислоты разведенной 30 % и доводят объём раствора водой до 1000,0 мл.

Adblock
detector